Unconstrained naturalistic human brain imaging and decoding with a fully wearable high-density optical system
William T. Hamic, Wiete Fehner, Michael Fogarty, Anthony S. Agato, Hannah E. DeVore, Sean M. Rafferty, David Wilhelm, Allison M. Hines, Adam T. Eggebrecht, Jason W. Trobaugh, Edward J. Richter, Joseph P. Culver
bioRxiv:2026.08.24.746346v1 · 2026-08-27 发布
ABSTRACT
中文摘要
研究真实环境中的复杂认知需要尽可能少限制自然行为的脑成像设备，但 fMRI 会把参与者限制在扫描仪内，而现有可穿戴系统通常牺牲空间分辨率或皮层覆盖。作者开发了一套完全无线、覆盖全头的可穿戴高密度弥散光学断层成像系统 WHD-DOT。设备通过密集空间采样、可配置光源复用和高动态范围检测，实现 151 dB 有效动态范围和近 3,000 个光源—探测器测量，在保持电池供电和自由移动的同时接近高性能光纤 DOT 系统。作者使用三种生态复杂度逐渐增加的任务进行验证，包括标准功能定位、自然电影观看和现场钢琴演奏。系统在三种任务中均获得定位明确的编码结果、可重复的单试次响应和高于机会水平的刺激动态解码。钢琴演奏要求持续双手运动和不受约束的姿势，是对可穿戴成像的严格测试；模型从自由演奏的脑活动中以 71.1% 准确率解码歌曲片段身份，而机会水平为 12.5%。结果表明，以往难以在高保真成像中研究的无约束真实行为，现在可以获得可测量和可解码的全头皮层信号。
RESEARCH RELEVANCE
与你研究的关系
论文事实：WHD-DOT 在完全无线和自然运动条件下获得可重复单试次响应，并以 71.1% 准确率解码自由钢琴演奏的歌曲片段。研究推断：它提示统一脑模型未来可以把 fMRI 作为高空间分辨率教师，用相同自然刺激将可穿戴 DOT 对齐到共享语义空间，再测试模型是否能从扫描仪内受限范式迁移到真实行为；这比单纯追求静态图像重建更接近闭环应用。
LIMITATIONS
局限与核查重点
WHD-DOT 测量的是血氧动力学光学信号，不是 fMRI、EEG 或 MEG，因此只作为 B 级方法连接。歌曲片段身份是封闭集合分类，可能利用重复时间结构、运动模式或演奏动作，而非音乐语义；摘要没有报告被试数、跨被试划分、运动伪迹盲对照和对新歌曲的泛化。
SOURCE
来源与原文
bioRxiv:2026.08.24.746346v1 · 2026-08-27 发布
William T. Hamic, Wiete Fehner, Michael Fogarty, Anthony S. Agato, Hannah E. DeVore, Sean M. Rafferty, David Wilhelm, Allison M. Hines, Adam T. Eggebrecht, Jason W. Trobaugh, Edward J. Richter, Joseph P. Culver. Unconstrained naturalistic human brain imaging and decoding with a fully wearable high-density optical system. bioRxiv:2026.08.24.746346v1 · 2026-08-27 发布. https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.24.746346v1